Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Bob Nagler dan Thomas White baru -baru ini menunjukkan metode baru untuk mengukur suhu atom dalam materi padat hangat - dengan secara langsung mengukur kecepatan atom.
Semua bahan memiliki titik leleh dan mendidih spesifik, tetapi dapat dipanaskan di atasnya sampai mereka mencapai tingkat entropi "bencana" dari meleleh dan mendidih yang tiba -tiba.
Ketika tim super panas emas padat jauh melampaui batas teoretisnya menjadi 19.000 kelvin, ia selamat dari bencana entropi - yang menunjukkan mungkin tidak ada batas atas untuk bahan super panas jika cukup dipanaskan dengan cukup cepat.
Dunia Fokus Laser: Ide siapa untuk emas super panas dengan LCL? Apa yang menginspirasi itu?
Bob Nagler: Ketika kami berangkat untuk melakukan percobaan, tujuan kami adalah mengembangkan metode baru untuk mengukur suhu materi padat hangat. Masalah ini sama padatnya dengan padatan, tetapi dipanaskan hingga puluhan atau ratusan ribu derajat Kelvin. Anda menemukannya di inti planet raksasa dan interior bintang, tetapi ketika kami membuatnya kembali di laboratorium, sebenarnya mengukur suhunya sangat sulit.
Kami meluncurkan proyek ini untuk mengatasi tantangan ini, menggunakan sumber ray X - yang paling cerdas di dunia, SLAC National Accelerator's Linac Coherent Light Source (LCLS), untuk membantu.
Thomas White:Saya ingin mengatakan itu adalah satu -satunya - Wolf Flash of Brilliance tetapi, sebenarnya, idenya keluar dari long - frustrasi berdiri di seluruh lapangan. Kami tahu kami membutuhkan diagnostik yang lebih baik, dan emas membuat materi uji ide: itu melingkar x - dengan baik dan dapat dengan mudah dibuat ke dalam foil tipis yang diperlukan untuk teknik ini. Tim kami di Universitas Nevada, Reno, SLAC, dan mitra lainnya mengharapkan emas memanas di bawah iradiasi, tetapi yang menonjol adalah seberapa panas padatan tetap tetap mempertahankan struktur kristal. Bahkan pada suhu ekstrem ini, kisi emas bertahan di luar batas yang diharapkan untuk tatanan struktural. Pengamatan ini menggeser fokus proyek kami. Apa yang dimulai sebagai upaya praktis untuk membangun termometer yang lebih baik berkembang menjadi penyelidikan yang lebih dalam tentang superheating dan batas -batas mendasar dari materi keadaan padat - dalam kondisi ekstrem.
Lfw: Mengapa LCLS?
Putih:Metode yang kami kembangkan bergantung pada mendeteksi perubahan kecil dalam cara x - menyambungkan atom -atom dalam suatu bahan. Secara khusus, pergeseran energi kecil mengungkapkan suhu ion. Ini tidak hanya membutuhkan sumber sinar X - yang luar biasa, tetapi juga bandwidth yang sangat sempit. Gratis - laser elektron seperti LCLS, dan beberapa lainnya seperti XFEL Eropa, secara unik mampu memberikan kombinasi ini. Mereka mencapai satu miliar kali lebih terang daripada synchrotron mana pun, yang sangat penting karena hamburan inelastik sangat lemah - pada urutan hanya beberapa foton per bidikan.
Nagler:LCLS pada dasarnya adalah kilometer - panjang x - ray laser yang, untuk percobaan ini, juga bertindak sebagai kilometer - termometer panjang. Tanpa kombinasi kecerahan, koherensi, dan presisi spektral ini, pengukuran ini tidak akan mungkin terjadi.
Lfw: Apa yang melibatkan eksperimen Anda?
Nagler: Kami memanaskan foil emas ultrathin - hanya 50 - nm tebal - menggunakan frekuensi - ganda ti: sapphire laser, memberi kami 400 - nm wavel panjang wavelse dengan laser pulsa di sekitar durasi di sekitar durasi sekitar durasi pulsa di sekitar durasi pulsa di sekitar durasi pulsa sekitar 400 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 {8 { Terlepas dari suhu ekstrem yang kami capai, laser itu sendiri tidak terlalu kuat dengan standar kepadatan energi tinggi. Kami hanya menggunakan sekitar ~ 0,3 MJ per denyut nadi. Ini berarti bagian pemanasan dari percobaan, penciptaan emas super panas, pada prinsipnya, dapat direproduksi oleh banyak laboratorium laser di seluruh dunia.
Putih:Tetapi mengukur suhu apa yang Anda buat? Itu bagian yang sulit. Untuk ini, Anda memerlukan bandwidth ultrabright, sempit -, femtosecond x - yang hanya fasilitas seperti LCL dan beberapa xfels lainnya yang dapat disediakan. Itulah yang memungkinkan percobaan ini.
Lfw: Apa saja takeaways dari percobaan ini? Ada kejutan?
Nagler:Bagi kami dan bidang kami, takeaway utama adalah bahwa kami sekarang memiliki metode bebas langsung, model - untuk mengukur suhu ion dalam keadaan ekstrem materi - yang telah menjadi tantangan lama - {{3} {{4 {4} {{{3} tinggi {{4} {{{{{4 {4} {{{{{{{{{{4 {{4 {4 {4} tinggi. Teknik ini membuka pintu untuk membandingkan persamaan negara, memvalidasi simulasi hidrodinamik, dan mengeksplorasi materi dalam rezim yang sebelumnya tidak dapat dijangkau secara eksperimental.
Putih:Kejutan nyata datang ketika kami melihat seberapa jauh kami bisa mendorong padatan sebelum menyerah pada kekacauan. Kami mengharapkan emas meleleh setelah melewati ambang batas tertentu - tetapi tidak. Kisi kristal disatukan pada suhu lebih dari 14x titik peleburan - jauh melampaui apa yang akan diprediksi termodinamika standar. Ini adalah 'aha!' Momen: Kita tidak hanya bisa mengambil suhu, tetapi sistem itu sendiri menentang harapan. Dengan melakukan hal itu, kami mendapati diri kami tidak hanya memecahkan tantangan diagnostik, tetapi juga mengungkap fisika baru, mendorong batas -batas super panas, dan meninjau kembali asumsi tentang kapan dan bagaimana padatan meleleh dalam kondisi ekstrem.
Lfw: Bagaimana rasanya membantah satu dekade - teori lama?
Putih:Itu adalah penyelaman mendalam yang menyenangkan dan menarik ke dalam fisika superheating, mengeksplorasi seberapa jauh suatu padatan dapat didorong sebelum rusak, dan menyadari bahwa bahkan baik - konsep -konsep yang mapan perlu dipikirkan kembali ketika diterapkan pada rezim ultrafast, nonequilibrium.
Nagler:Itu bukan tentang menyangkal satu dekade - teori lama seperti menunjukkan bahwa teori tersebut tidak harus berlaku untuk FAR - dari - keseimbangan super panas. Kerangka kerja asli mengasumsikan sistem dalam keseimbangan termal, perlahan mendekati titik leleh, tidak ada yang diledakkan oleh pulsa laser femtosecond. Alih -alih membalikkan teori yang ada, ini lebih seperti melangkah di luar domainnya.
Lfw: Apa arti penemuan ini untuk pemanasan super?
Nagler:Ini menunjukkan bahwa materi super panas dalam status nonequilibrium ini dapat berperilaku sangat berbeda dari yang Anda harapkan untuk lebih banyak run - dari - {- mill dekat - sistem kesetimbangan dan akan menarik untuk mengeksplorasi perbedaan ini dalam lebih banyak detail.
Putih:Pada akhirnya, ini membuka kembali pertanyaan apakah ada batasan yang sebenarnya untuk super panas di sangat didorong, jauh - dari - sistem kesetimbangan, atau apakah padatan dapat bertahan jauh melampaui apa yang diprediksi termodinamika tradisional.
